功率—超声波
功率超声波运用

功率超声-压电换能器

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作者:张家港睿能科技有限公司来源:张家港睿能科技有限公司网址:http://www.sonicindustry.net/
文章附图

  功率超声换能器功率超声产生的基础,功率超声中应用最广的换能器是压电换能器,尤其是夹心式纵向压电换能器。 换能器就是进行能量转换的器件,是将一种形式的能量转换为另一种形式的能量装置。目前广泛用于:超声波焊接超声波提取超声波萃取超声波加工超声波清洗、超声探测、检测、监测、遥控、遥感、超声马达、交通监测、机器人成像信息采集各个行业。

  压电换能器的发展和应用是以压电效应的发现和压电材料的提供为前提条件的,1880年Curie兄弟已发现了压电效应,但直到电子管放大器的应用,压电效应才能用于电声转换工程上,直到第一次世界大战期间,法国物理学家Langevin研制成功了第一个实用的压电换能器后,使得压电效应得到了实际的应用,Langevin是应法国政府的要求研制一种探测潜艇的装置,在试验了几种装置以后,发现压电石英换能器能达到这个目的,虽然直到第一次世界大战结束,他并没有是他的装置搞得很完善,但后来这种装置被广泛的用作超声探测仪,直到今天,这种类型的换能器仍得到了应用,并且由于压电换能器作为高频声源的出现,使得高频声的研究才成现实。在第二次世界大战前,压电陶瓷这个词即使对物理学家也是陌生的,但在50年代后期,发现了铁电陶瓷的电致伸缩效应,但它们的成分和性能能够得到有效的控制和重复生产,并解决了极化工艺以后,压电陶瓷就成为了另一种换能材料——磁致伸缩材料的有力的竞争者,并逐渐处于统治地位。60年代中期研制成功的预应力螺杆复合棒压电陶瓷换能器,以较小的重量和体积而获得大的声能密度,广泛地用于超声和水声的发射器,目前,从用于大型声呐中的低频大功率换能器,到用于声全息和超声医疗的微小而十分精密的换能器,多以压电陶瓷作换能材料。压电陶瓷换能器已成为产生和接收声的最有效的手段了,在压电陶瓷发展的同时,由于单晶生长工艺的不断改进,出现了一些性能优良的单晶压电材料,压电高聚物和压电复合材料等新的压电材料也在不断出现,它们为声学技术提供了极重要的手段。    

  在声学研究领域,换能器主要是指电声转换器,它能实现电能和声能之间的相互转换。目前,从大到像整栋楼房的水生换能器基阵。到小至可以深入血管的小探针式换能器,各式各样声学换能器的应用已经使声学技术深入到科学研究和工程技术的各个领域。国际上对其研究十分活跃,尤其是在压电驱动器和超声治疗方面有所突破。压电超声换能器是以压电材料为核心部分的换能器件,在超声领域,压电超声换能器是应用最为广泛的一种声电转换元件,压电超声换能器是通过各种具有压电效应的电介质,如石英、压电陶瓷、压电复合材料和压电薄膜等,将电信号转换成声信号,或将声信号转换成电信号,从而实现能量的转换。

压电陶瓷材料是目前压电超声换能器中最常用的压电材料,其优点包括:  

1、机电转换效率高,一般可达到90%左右;

2、容易成型,可以加工成各种形状,如圆盘、圆环、圆筒、圆柱、矩形以及球形等;

3、通过改变成分可以得到具有各种不同性能的超声换能器,如发射型接受型以及收发两用型等;

4、造价低廉,性能稳定,易于大规模生产和推广应用。